Recycling of composite wind turbine blades and feasibility study for a new green circular economy

The shift toward renewable energy has led to the expansion of the wind energy sector, highlighting the challenge of End-of-Life (EoL) wind turbine blade waste management. Wind turbine blades are primarily made of thermoset composites, such as glass fiber reinforced polymers (GFRP) and carbon fiber-reinforced polymers (CFRP), with CFRP used in larger blades. The permanent network of thermoset polymers limits their recyclability, complicating waste management. This work investigates effective recycling processes for these materials, with single-fiber tensile and fragmentation tests assessing the impact of recycling on fiber properties. The results show that recycled fibers can maintain good performance, including fiber-matrix bonding characteristics, indicating promising potential for reuse. Additionally, recyclable epoxy vitrimers with covalent adaptable networks (CANs) were examined as a solution to prevent composite waste and support their use in future composite production. The study investigated the effect of stoichiometry, a key parameter influencing recyclability, on thermomechanical properties and cure kinetics. The recycling process influences the length of the fibers, which in turn affects the performance and potential applications of the composites. Mechanical testing was conducted on semi-finished products composed of short recycled carbon fibers combined with a thermoplastic matrix, while composite laminates produced via infusion technology from recycled carbon fiber fabrics were analyzed for both mechanical performance and permeability measurements. This research promotes composite recycling technologies and supports the development of sustainable materials for future wind turbine blades, contributing to the transition to a circular economy in the renewable energy sector.

Il passaggio alle energie rinnovabili ha portato a una forte crescita del settore dell’energia eolica, ma ha anche evidenziato il problema della gestione delle pale eoliche a fine vita. Queste pale sono principalmente realizzate con materiali compositi a matrice termoindurente, come i polimeri rinforzati con fibra di vetro (GFRP) e fibra di carbonio (CFRP), quest’ultimo utilizzato soprattutto per le pale più grandi. Tuttavia, la struttura chimica di questi materiali ne rende difficile il riciclo, complicando la gestione dei rifiuti. Questo studio esplora metodi efficaci per il riciclo di questi materiali, analizzando come il processo influisce sulle proprietà delle fibre singole attraverso test di trazione e frammentazione. I risultati dimostrano che le fibre riciclate conservano buone prestazioni, inclusa una buona adesione con la matrice, suggerendo un potenziale interessante per il loro riutilizzo. Inoltre, i vitrimeri epossidici riciclabili con network covalenti adattabili (CANs) sono stati studiati come soluzione per prevenire i rifiuti in composito e favorire il loro utilizzo nella produzione futura di compositi. Lo studio ha analizzato l’effetto della stechiometria, un parametro chiave che influenza la riciclabilità, sulle proprietà termomeccaniche e sulla cinetica di reticolazione. Il riciclo modifica la lunghezza delle fibre, influenzando le prestazioni e le possibili applicazioni dei nuovi materiali. Sono stati effettuati test meccanici su semilavorati composti da fibre di carbonio riciclate corte abbinate a una matrice termoplastica. Allo stesso tempo, i laminati compositi realizzati mediante tecnologia di infusione con tessuti di fibra di carbonio riciclata sono stati analizzati per valutarne le prestazioni meccaniche e la permeabilità. Questa ricerca punta a promuovere le tecnologie di riciclo dei materiali compositi e a sviluppare soluzioni più sostenibili per le pale eoliche del futuro, contribuendo alla transizione verso un’economia circolare nel settore delle energie rinnovabili.